基于LABVIEW的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、等級(jí):課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課題名稱基于LABVIEW的信號(hào)發(fā)生器專 業(yè)電子信息工程班 級(jí)電信1301學(xué) 號(hào)201301030119姓 名王景盛指導(dǎo)老師陳愛(ài)萍2016年12月20日- 0 - 電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課題名稱基于LABVIEW的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 姓 名王景盛專業(yè)電子信息工程班級(jí)電信1301 學(xué)號(hào)19 指導(dǎo)老師 陳愛(ài)萍課程設(shè)計(jì)時(shí)間2016年12月18日-2016年12月30日（17、18周）教研室意見(jiàn)意見(jiàn)： 同意 審核人：劉望軍一、任務(wù)及要求 應(yīng)用LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)虛擬信號(hào)發(fā)生器，要求滿足以下功能：1. 可產(chǎn)生10Hz100MHz的正弦波、方波、三角波、鋸

2、齒波、白噪聲以及多頻波; 2. 任意波形的發(fā)生，任意波可實(shí)現(xiàn)公式輸入;3. 信號(hào)頻率、幅度、相位、偏移量可調(diào)可控;4. 方波占空比可調(diào);5. 噪聲任意可加、創(chuàng)建友好界面、信號(hào)波形現(xiàn)實(shí)對(duì)所產(chǎn)生的信號(hào)做自相關(guān)分析，積分，微分分析及相應(yīng)的頻譜分析. 設(shè)計(jì)要求：1、 設(shè)計(jì)前面板界面，建立友好的人機(jī)操作界面；2、 給出各個(gè)功能模塊的程序框圖；3、 繪制各個(gè)功能模塊連接的流程圖；4 、寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告；二、進(jìn)度安排第一周星期一、二：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，介紹課題內(nèi)容與要求；介紹labview軟件的使用；查找資料，確定總體設(shè)計(jì)方案和單元模塊設(shè)計(jì)；星期三第二周星期一：前面板構(gòu)思，各個(gè)功能模塊構(gòu)建；第二周星期二、三：各個(gè)

3、功能模塊構(gòu)建；第二周星期四、五：書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，打印相關(guān)圖紙；答辯三、參考資料1 侯國(guó)屏，王坤，葉齊鑫 LABVIEW 7.1 編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)M清華大學(xué)出版社，2 張桐，陳國(guó)順，王正林 編著喬瑞萍，精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)M電子工業(yè)出版社，3 楊樂(lè)平，李海濤 LabVIEW 8.20程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通M陳錫輝，張銀鴻 編著，清華大學(xué)出版社，4 余成波，胡新宇傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)M高等教育出版社- 2 -目錄1、 課設(shè)任務(wù)及要求 11.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 11.2 設(shè)計(jì)要求 12、 設(shè)計(jì)方案12.1 設(shè)計(jì)思路 12.2 設(shè)計(jì)框圖 23、 設(shè)計(jì)單元模塊33.1 波形生成模塊33.2 積分微分器模塊

4、53.3 自相關(guān)函數(shù)演示模塊63.4 頻譜分析儀模塊 63.5 信號(hào)發(fā)生器總設(shè)計(jì)模塊74、 調(diào)試與仿真74.1 正弦波仿真圖 74.2 方波仿真圖74.3 三角波仿真圖 84.4 鋸齒波仿真圖 84.5 多頻波仿真圖 84.6 高斯白噪聲仿真圖94.7 任意公式仿真圖 95、 總原理框圖 96、 心得體會(huì)107、 附錄 10八、參考文獻(xiàn)11- 3 -1、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 應(yīng)用LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)虛擬信號(hào)發(fā)生器，要求滿足以下功能： 1. 可產(chǎn)生10Hz100MHz的正弦波、方波、三角波、鋸齒波、白噪聲以及多頻波; 2. 任意波形的發(fā)生，任意波可實(shí)現(xiàn)公式輸入; 3. 信號(hào)頻率、

5、幅度、相位、偏移量可調(diào)可控; 4. 方波占空比可調(diào); 5. 噪聲任意可加、創(chuàng)建友好界面、信號(hào)波形現(xiàn)實(shí)對(duì)所產(chǎn)生的信號(hào)做自相關(guān)分析，積分，微分分析及相應(yīng)的頻譜分析. 1.2 設(shè)計(jì)要求 1. 設(shè)計(jì)前面板界面，建立友好的人機(jī)操作界面； 2. 給出各個(gè)功能模塊的程序框圖； 3. 繪制各個(gè)功能模塊連接的流程圖；4. 寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告2、 設(shè)計(jì)方案 2.1 設(shè)計(jì)思路 對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬信號(hào)發(fā)生器，首先要進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)，前面板的設(shè)計(jì)主要需要考慮到我們所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的功能。根據(jù)任務(wù)要求，除了產(chǎn)生基本函數(shù)信號(hào)、多頻波、白噪聲以及任意公式波外，還得對(duì)這些波形進(jìn)行頻譜分析和微積分變換。所以再根據(jù)這些功能，在控件選

6、板中選擇相應(yīng)的控件，放在前面板相應(yīng)的位置，擺放也得有一定的講究，使前面板看起來(lái)比較協(xié)調(diào)。再者是后面板的設(shè)計(jì)，后面板的設(shè)計(jì)得用到函數(shù)模塊，根據(jù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求選擇相應(yīng)的函數(shù)模塊，這里我們用到了波形生成模塊、微積分模塊、頻譜分析模塊以及自相關(guān)函數(shù)模塊。由于程序不止執(zhí)行一次，所以還得用到循環(huán)結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)我用到的循環(huán)結(jié)構(gòu)有while循環(huán)結(jié)構(gòu)、case結(jié)構(gòu)。最后將這幾個(gè)模塊連接起來(lái)，調(diào)試完成后就產(chǎn)生了任務(wù)書(shū)需要的虛擬信號(hào)發(fā)生器。 2.2 設(shè)計(jì)框圖 對(duì)上面設(shè)計(jì)思路整理為流程框圖，整體設(shè)計(jì)流程框圖如圖2.2；開(kāi)始波形選擇白噪聲波任意公式波多頻波正弦波方波三角波鋸齒波頻譜分析儀自相關(guān)分析積分微分器波形圖

7、圖2.2 整體流程框圖三、設(shè)計(jì)單元模塊 本節(jié)主要介紹了基于LabVIEW的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)思路及其流程和仿真圖。主要分為以下5個(gè)模塊：波形產(chǎn)生模塊（基本波形、多頻信號(hào)、任意公式、噪聲信號(hào)）、自相關(guān)函數(shù)演示模塊、頻譜分析模塊（虛擬正弦波頻譜分析儀模塊）、積分微分模塊（虛擬積分器與微分器模塊）以及虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)。各個(gè)模塊均給出了相應(yīng)的流程圖和前面板波形圖。 3.1 波形生成模塊波形生成模塊包括基本波形、多頻信號(hào)、任意公式信號(hào)、噪聲信號(hào)四個(gè)小模塊。把這幾種波形放在一個(gè)case結(jié)構(gòu)中就組成了本設(shè)計(jì)中波形生成模塊。下面是四種基本波形生成模塊的前面板圖3.1.1和后面板圖3.1.2。

8、這一模塊是應(yīng)用波形產(chǎn)生子模板中的基本函數(shù)發(fā)生器節(jié)點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波等四種信號(hào)。 圖3.1.1 四種基本波形生成程序 圖3.1.2 基本函數(shù)波形產(chǎn)生模塊前面板 下面是多頻信號(hào)產(chǎn)生模塊框圖程序和前面板分別如圖3.1.3和圖3.1.4所示； 圖3.1.3多頻信號(hào)產(chǎn)生模塊框圖程序 圖3.1.4 多頻信號(hào)產(chǎn)生模塊前面板 下面是任意公式波形產(chǎn)生模塊的程序如圖3.1.5和前面板3.1.6所示； 圖3.1.5任意函數(shù)波形產(chǎn)生模塊框圖程序 圖3.1.6 任意函數(shù)波形產(chǎn)生模塊前面板白噪聲模塊后面板框圖程序如圖4.1.7所示。該模塊的Case結(jié)構(gòu)有2個(gè)分支，一個(gè)Case結(jié)構(gòu)分支產(chǎn)生常用的高斯白噪聲

9、波形，另外一個(gè)Case結(jié)構(gòu)產(chǎn)生常用的均勻白噪聲波形。該模塊可以根據(jù)需要在2種噪聲波形信號(hào)之間進(jìn)行選擇（在前面板的信號(hào)類型下拉列表中選擇即可），通過(guò)調(diào)節(jié)噪聲的參數(shù),可以得到不同的高斯白噪聲和均勻白噪聲波形。 圖3.1.7噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊框圖程序 圖3.1.8 高斯白噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊前面板 圖3.1.9均勻白噪聲信號(hào)產(chǎn)生模塊前面板- 12 -3.2積分微分器模塊積分微分器模塊的功能是可以觀察正弦波、方波或三角波在微分前后的波形。下面是以對(duì)基本波形進(jìn)行積分微分轉(zhuǎn)換為例，其中積分和微分分別放在第二個(gè)case結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分支中。其程序框圖如圖3.2.1，以及虛擬正弦波微分前面板如圖3.2.2和虛擬正弦波積

10、分前面板如圖3.2.3；圖3.2.1 虛擬積分器與微分器模塊流程圖 圖3.2.2 虛擬正弦波微分器前圖3.2.3 虛擬正弦波積分器前面板3.3自相關(guān)函數(shù)演示模塊 該自相關(guān)函數(shù)演示儀可觀察正弦波仿真信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，其中用于計(jì)算輸出正弦信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)值，這里需要將圖標(biāo)函數(shù)直接輸出的相關(guān)函數(shù)值除以采樣點(diǎn)數(shù)才能得到正確的結(jié)果。由于自相關(guān)函數(shù)圖標(biāo)所求得的數(shù)據(jù)實(shí)際是將原先求得的2N-1個(gè)數(shù)值向右平移了N-1個(gè)單位后所得到的數(shù)據(jù)，所以需要用索引函數(shù)來(lái)索引出第N-1個(gè)自相關(guān)函數(shù)值，并將結(jié)果乘以2得到幅值的平方。程序的前面板運(yùn)行結(jié)果和流程圖分別如下圖3.3.1和3.3.2所示： 圖3.3.1 自相關(guān)函數(shù)演示

11、儀流程圖 圖3.3.2 自相關(guān)函數(shù)演示儀前面板3.4頻譜分析儀模塊該模塊是舉例對(duì)正弦波進(jìn)行頻譜分析，功能是可觀察正弦波經(jīng)過(guò)FFT后的幅值譜。其程序的前面板運(yùn)行結(jié)果和流程圖分別如下圖3.4.1和3.4.2所示。 圖3.4.1 虛擬正弦波頻譜分析儀流程圖 圖4.15 虛擬正弦波頻譜分析儀前面板3.5 信號(hào)發(fā)生器總設(shè)計(jì)模塊 該模塊是虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖，是在綜合了前面所設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。在第一個(gè)Case結(jié)構(gòu)當(dāng)中放置了正弦波、方波、三角波、鋸齒波、高斯白噪聲、均勻高斯白噪聲以及多頻波，任意公式輸入波形模塊作為該Case結(jié)構(gòu)的各個(gè)分支，來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的產(chǎn)生。第二個(gè)Case結(jié)構(gòu)則是

12、應(yīng)用了積分微分器模塊的結(jié)構(gòu)。將兩個(gè)Case結(jié)構(gòu)置于While循環(huán)中，便組成了虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的總體設(shè)計(jì)流程圖。其總程序框圖以及前面板見(jiàn)附錄。4、 調(diào)試與仿真把總體設(shè)計(jì)流程框圖做好保存后，接著就運(yùn)行程序（可以點(diǎn)擊連續(xù)運(yùn)行），這樣在前面板就可以通過(guò)調(diào)節(jié)波形類型按鈕以及積分微分按鈕看到設(shè)置好的各個(gè)波形的波形圖、積分微分后的波形圖、自相關(guān)函數(shù)波形圖以及頻譜分析器波形圖。其各仿真圖如下； 4.1 正弦波仿真圖 圖 4.1.1 正弦波積分圖 圖4.1.2 正弦波微分圖 4.2 方波仿真圖 圖4.2.1 方波積分圖 圖4.2.2 方波微分圖4.3 三角波仿真圖 圖4.3.1 三角波積分圖 圖4.3.2 三

13、角波微分圖4.4 鋸齒波仿真圖 圖 4.4.1 鋸齒波積分圖 圖 4.4.2 鋸齒波微分圖4.5 多頻波仿真圖 圖 4.5.1 多頻波積分圖 圖 4.5.2 多頻波微分圖4.6 高斯白噪聲仿真圖 圖 4.6.1 高斯白噪聲積分圖 圖 4.6.2 高斯白噪聲微分圖4.7 任意公式波仿真圖 本次輸入的公式為：sin(20*pi(1)*t)*sin(2*pi(1)*t 圖 4.7.1 任意公式波積分仿真圖 圖 4.7.2 任意公式波微分圖5、 總原理框圖（見(jiàn)附頁(yè)）6、 心得體會(huì)為期二周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，剛開(kāi)始由于對(duì)labview軟件掌握的不是很好，對(duì)于這個(gè)課題時(shí)毫無(wú)頭緒，根本不知道從何處入手，后來(lái)通

14、過(guò)在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，慢慢的對(duì)虛擬儀器鎖有了一定的了解，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中還是遇到了很多的問(wèn)題，但在陳老師和同學(xué)的幫助下，加上自己的努力，終于逐個(gè)解決了每一個(gè)難題。 在這兩周中的學(xué)習(xí)使我對(duì)虛擬儀器這門(mén)課程有了進(jìn)一步的了解，使我加強(qiáng)了動(dòng)手、思考和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。并讓我深刻的體會(huì)到，虛擬儀器的應(yīng)用十分廣泛，能很容易地設(shè)計(jì)出具有嚴(yán)格要求的虛擬儀器信號(hào)發(fā)生器。在做完每一個(gè)單元模塊后，都要驗(yàn)證它是否能夠滿足此單元的功能。有時(shí)候就是按照了原理來(lái)連接，但就是不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。這就需要細(xì)心地找問(wèn)題，是不是哪根線壞了，還是參數(shù)沒(méi)有設(shè)置的好，但有時(shí)也存在原理上的錯(cuò)誤。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，同時(shí)也暴露出了自身的許多不足，如自己自主解決問(wèn)題的能力有所欠缺，這在以后需要更好的加強(qiáng)。同時(shí)在此設(shè)計(jì)過(guò)程中主要用到了labview 15.等軟件，我更熟悉了此軟件的使用，這對(duì)以后的工作和解決實(shí)際問(wèn)題都有了很好的幫助。 同時(shí)讓我深深地體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的力量是多么強(qiáng)大！也讓我感覺(jué)本次課程設(shè)計(jì)我的收獲還是蠻多的！在此再次感謝我的陳老師和隊(duì)友！7、 附錄 總設(shè)計(jì)原理